一種新型鈉離子電池的制作方法
【專利摘要】一種新型鈉離子電池，包括外殼、正極集流體、負(fù)極集流體、Na3V2(PO4)2F3正極電極材料層、硬碳負(fù)極電極材料層、隔膜和鈉鹽有機(jī)電解液，所述正極集流體和負(fù)極集流體包裹于外殼內(nèi)相對稱的兩側(cè)，所述正極集流體內(nèi)側(cè)涂布有Na3V2(PO4)2F3正極電極材料層，所述負(fù)極集流體內(nèi)側(cè)涂布有硬碳負(fù)極電極材料層，所述Na3V2(PO4)2F3正極電極材料層和硬碳負(fù)極電極材料層之間灌注有鈉鹽有機(jī)電解液通過所述隔膜分隔。本實用新型具有可循環(huán)性和穩(wěn)定性，成本低，且具有高電壓，高容量特點。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于化學(xué)電源【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種新型鈉離子電池。 一種新型鈉離子電池

【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子電池具有能量密度大，安全穩(wěn)定，綠色高效，無記憶效應(yīng)等優(yōu)點已經(jīng)廣泛用 于各類電子產(chǎn)品中，并成為了未來新能源汽車的主要電源形式。但是由于鋰資源在地殼中 的儲量僅為〇. 0065%，用于制備富鋰正極材料的主要原材料碳酸鋰價格則高達(dá)4. 11-4. 49 歐元/公斤，大大增加了鋰離子電池的生產(chǎn)成本。由于鈉元素與鋰元素同屬于IA族，其化 學(xué)性質(zhì)相似性使得鈉電池研究在近幾年已經(jīng)成為研究的熱點。由于鈉資源豐富，地殼含量 約為2. 8%，主要用于制備鈉電極材料的原料碳酸鈉價格僅為0. 07-0. 37歐元/公斤，已經(jīng)大 大降低了原材料的成本。然而，鈉與鋰相比存在一些劣勢使其不能得到廣泛的應(yīng)用。相對 于標(biāo)準(zhǔn)氫電極，鈉的電極電池電勢為-2.71 V，高于鋰的電極電勢（-3.04 V)，不利于構(gòu)件高 電壓的鈉離子電池。鈉離子半徑為1.02 A，也遠(yuǎn)大于鋰離子的半徑（0.59 A)，會降低離子 遷移速率，造成電池電阻的增大以及對負(fù)極嵌鈉材料的選擇性問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實用新型的目的在于提供一種新型鈉離子電池，從而解決上述【背景技術(shù)】中的問 題。
[0004] 本實用新型內(nèi)容是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種新型鈉離子電池，包括外殼、正 極集流體、負(fù)極集流體、Na 3V2(P04)2F3正極電極材料層、硬碳負(fù)極電極材料層、隔膜和鈉鹽有 機(jī)電解液，所述正極集流體和負(fù)極集流體包裹于外殼內(nèi)相對稱的兩側(cè)，所述正極集流體內(nèi) 側(cè)涂布有Na 3V2 (P04) 2F3正極電極材料層，所述負(fù)極集流體內(nèi)側(cè)涂布有硬碳負(fù)極電極材料層， 所述Na 3V2(P04)2F3正極電極材料層和硬碳負(fù)極電極材料層之間灌注有鈉鹽有機(jī)電解液通過 所述隔膜分隔。
[0005] 所述正極集流體為鋁箔。
[0006] 所述負(fù)極集流體為銅箔。
[0007] Na3V2 (P04) 2F3聚陰離子正極材料是一類鈉離子超導(dǎo)體，由[V208F 3]雙八面體與 [P0J四面體通過邊角共用形成的三維離子通道結(jié)構(gòu)富鈉電極材料，利于鈉離子的快速擴(kuò) 散。[V 208F3]雙八面體通過一個氟原子相連，增強(qiáng)了氟與金屬原子鍵的化學(xué)鍵作用，使V +3/+4 相變平臺電壓得到提高，因此是一類可提供高電壓的鈉離子正極材料。由于鈉離子的半徑 遠(yuǎn)大于鋰離子的半徑，因此很難實現(xiàn)在商業(yè)化負(fù)極石墨中可逆的進(jìn)行嵌入和遷出。硬碳是 高分子聚合物熱分解的產(chǎn)物，具有較高的可逆容量，能夠容納進(jìn)行脫嵌的鈉離子，是鈉離子 電池理想的負(fù)極材料。
[0008] 本實用新型具有如下有益效果：
[0009] 本實用新型能夠利用V+3/+4相變，實現(xiàn)鈉離子在正負(fù)電極之間的嵌入與遷出，進(jìn)行 電池充放電。Na 3V2(P04)2F3的聚陰離子體系以及氟元素的誘導(dǎo)效應(yīng)，可以使V +3/+4相變平臺 電壓提高至3. 9 V左右，大大提高了鈉離子電池的工作電壓。Na3V2 (P04) 2F3電極材料是具有 三維離子通道結(jié)構(gòu)的鈉離子超導(dǎo)體，可提高體系的離子擴(kuò)散速率從而改善鈉離子電池的倍 率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。本實用新型設(shè)計的鈉離子電池，所應(yīng)用的電極材料與電解質(zhì)均為富 鈉材料，成本也大大降低，是一款具有應(yīng)用前景的鈉離子電池。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2為本實用新型的充放電曲線圖。
[0012] 圖1中所示：1、外殼；2、正極集流體；3、負(fù)極集流體；4、Na3V 2(P04)2F3正極電極材 料層；5、硬碳負(fù)極電極材料層；6、隔膜；7、鈉鹽有機(jī)電解液。

【具體實施方式】
[0013] 為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實用新型。
[0014] 如圖1所示，一種新型鈉離子電池，包括外殼（1)、正極集流體（2)、負(fù)極集流體 (3 )、Na3V2 (P04) 2F3正極電極材料層（4 )、硬碳負(fù)極電極材料層（5 )、隔膜（6 )和鈉鹽有機(jī)電解 液（7)，所述正極集流體（2)和負(fù)極集流體（3)包裹于外殼內(nèi)相對稱的兩側(cè)，所述正極集流 體（2 )內(nèi)側(cè)涂布有Na3V2 (P04) 2F3正極電極材料層（4 )，所述負(fù)極集流體（3 )內(nèi)側(cè)涂布有硬碳 負(fù)極電極材料層（5)，所述Na3V2 (P04)2F3正極電極材料層（4)和硬碳負(fù)極電極材料層（5)之 間灌注有鈉鹽有機(jī)電解液（7)通過所述隔膜（6)分隔。
[0015] 所述正極集流體（2)為鋁箔。
[0016] 所述負(fù)極集流體（3)為銅箔。
[〇〇17] 本實用新型應(yīng)用Na3V2(P04) 2F3材料作正極，硬碳材料作負(fù)極，可以顯著提高鈉電池 的工作電壓和儲能容量，并能改善鈉離子電池的循環(huán)性能和工作穩(wěn)定性。Na3V2 (P04)2F3鈉離 子電池能夠利用V+3/+4相變，實現(xiàn)鈉離子在正負(fù)電極之間的嵌入與遷出，進(jìn)行電池充放電，如 圖2所示。Na 3V2 (P04)2F3的聚陰離子體系以及氟元素的誘導(dǎo)效應(yīng)，可以使V +3/+4相變平臺電 壓提高至3. 9 V左右，大大提高了鈉離子電池的工作電壓。Na3V2 (P04) 2F3電極材料是具有三 維離子通道結(jié)構(gòu)的鈉離子超導(dǎo)體，可提高體系的離子擴(kuò)散速率從而改善鈉離子電池的倍率 性能和循環(huán)穩(wěn)定性。Na 3V2(P04)2F3電極材料可以產(chǎn)生128mAh/g的理論容量，在鈉離子電池 正極材料中是一個容量較大并且具有應(yīng)用前景的電極材料。同時硬碳負(fù)極的應(yīng)用，可以提 高負(fù)極儲鈉的能力，改善鈉離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性。本實用新型設(shè)計的鈉離子電池，所應(yīng)用 的正極材料與電解質(zhì)均為富鈉材料，鈉資源的豐富性也使得該鈉離子電池成本大大降低。 [0018] 以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員 應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制。上述實施例和說明書中描述的只是說明本 實用新型的原理，在不脫離本實用新型的精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變 化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)，本實用新型要求保護(hù)范 圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1. 一種新型鈉離子電池，其特征是：包括外殼、正極集流體、負(fù)極集流體、Na3V 2(P04)2F3 正極電極材料層、硬碳負(fù)極電極材料層、隔膜和鈉鹽有機(jī)電解液，所述正極集流體和負(fù)極集 流體包裹于外殼內(nèi)相對稱的兩側(cè)，所述正極集流體內(nèi)側(cè)涂布有Na 3V2(P04)2F3正極電極材料 層，所述負(fù)極集流體內(nèi)側(cè)涂布有硬碳負(fù)極電極材料層，所述Na 3V2 (P04) 2F3正極電極材料層和 硬碳負(fù)極電極材料層之間灌注有鈉鹽有機(jī)電解液通過所述隔膜分隔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型鈉離子電池，其特征是：所述正極集流體為鋁箔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型鈉離子電池，其特征是：所述負(fù)極集流體為銅箔。
【文檔編號】H01M10/36GK203871445SQ201420229304
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】宋維鑫, 紀(jì)效波, 陳珺, 皇甫鍇犁, 姚銀朋, 王小文, 黃雅亮 申請人:宋維鑫, 紀(jì)效波, 陳珺, 皇甫鍇犁, 姚銀朋, 王小文, 黃雅亮